DE4022574A1

DE4022574A1 - Fuehrungssystem fuer werkzeugmaschinen, industrieroboter oder dergleichen

Info

Publication number: DE4022574A1
Application number: DE4022574A
Authority: DE
Inventors: Klaus Neder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1990-07-16
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE4022574C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Führungssystem für Werkzeugmaschinen, Industrieroboter oder dergleichen, mit einem Führungswagen, der über mehrere Sätze von umlaufenden Wälzlagerkugeln auf einer profilierten Führungsschiene gehalten und abrollbar ist sowie eine Aufnahmeplatte für das jeweilige Werkzeug bzw. den Industrieroboter aufweist.

Ein derartiges Führungssystem ist durch die DE-PS 33 07 010 bekannt, jedoch nur zur Ausführung von Linearbewegungen konzipiert. Es ist bei Linearführungen generell auch bekannt, mittels sogenannter Kreuzschlitten oder -tische das betreffende Werkzeug oder den Industrieroboter kurvenförmige Bahnen fahren zu lassen. Der bauliche Aufwand solcher Führungen ist jedoch beträchtlich, wobei noch ein relativ großer elektronischer Steuerungsaufwand für den Antriebsmotor dieser Kreuzschlitten bzw. -tische hinzukommt.

Es sind ferner auch bereits gekrümmte Schienenführungen für obige Zwecke bekannt, die jedoch einen speziell angepaßten Führungswagen erfordern und nur für einen vorbestimmten Krümmungsradius ausgelegt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Führungssystem für Werkzeugmaschinen, Industrieroboter oder dergleichen zu schaffen, welches mit relativ geringem baulichen Aufwand das Verfahren eines Wagens entlang kurvenförmigen Bahnen mit praktisch beliebigen Radien und geradlinigen bzw. linearen Bahnen ermöglicht.

Obige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

a) die Führungsschiene einen Querschnitt in der Form eines Doppel-T-Trägers aufweist;
b) der Führungswagen an seiner Aufnahmeplatte mit zwei sich nach unten und mit seitlichem Spiel in die durch den Längssteg getrennten Räume der Führungsschiene erstreckenden Schenkeln versehen ist, in welchen wenigstens je zwei Sätze der umlaufenden Wälzlagerkugeln so übereinander eingebaut sind, daß die Wälzlagerkugeln an horizontalen Seiten der beiden Flansche der Führungsschiene abrollen und
c) der Führungswagen wenigstens zwei in Richtung seiner Längsachse distanziert und in einer horizontalen Ebene schwenkbar angeordnete Paare von Führungsrollen enthält, wobei sich die Führungsrollen eines jeden Paares an den gegenüberliegenden vertikalen Außenrändern von wenigstens einem der Flansche der Führungsschiene führen.

Dadurch ist es möglich, mit dem Führungswagen bogenförmige Bahnen mit praktisch beliebigen Radien in beiden Richtungen (links und rechts), aber auch lineare Bahnen zu fahren, was z. B. im Falle von Schweißrobotern beim Verschweißen von Kraftfahrzeug-Karosserieteilen erforderlich sein kann. Gegenüber den bekannten Führungssystemen mit Kreuzschlitten oder -tischen ist der bauliche Aufwand wesentlich geringer und eine erhebliche Platzeinsparung erzielbar. Auch die Steuerung des Führungswagens ist durch die in einer horizontalen Ebene schwenkbar angeordneten Führungsrollenpaare sehr einfach. Die Führungsschiene kann als Schiene mit liegendem H-förmigen Querschnitt ausgebildet oder aus zwei liegenden und an ihren Stegabschnitten verbundenen U-Schienen hergestellt werden. Die als Kugellaufbahnen dienenden, d. h. belasteten horizontalen Seiten, vorzugsweise die Innenseiten der beiden Flansche der Führungsschiene sind relativ einfach zu bearbeiten und zu härten, denn es handelt sich hier um ebene Flächen. Ähnliches gilt auch für die gegenüberliegenden vertikalen Außenränder der Flansche der Führungsschiene, welche die Laufflächen für die Führungsrollenpaare des Führungswagens bilden.

Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. So sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Paare von Führungsrollen an zweiarmigen Lenkhebeln gelagert, die an der Aufnahmeplatte des Führungswagens schwenkbar gelagert sind.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Führungswagen mit zwei Lenkhebeln versehen, die an auskragenden Teilen der Aufnahmeplatte jweils nahe deren Stirnseiten auf der Längsachse des Führungswagens gelagert sind. Durch diese spezielle auskragende Konstruktion wird auf einfache Weise der erforderliche Bewegungsspielraum für die Lenkhebel geschaffen.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens die äußeren Kugellaufkanäle für die umlaufenden Wälzlagerkugeln seitlich wenigstens nach innen durch an den Schenkeln des Führungswagens angeschraubte Anbauteile begrenzt. Bei diesen Anbauteilen handelt es sich um Verschleißteile, die einfach ausgewechselt werden können.

Noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der die äußeren Kugellaufkanäle mit den inneren Kugelrücklaufkanälen in den Schenkeln des Führungswagens verbindenen Kugelumlenkkanäle in Anbauplatten bogenförmige Ausnehmungen, jeweils mit beidseitig anschließenden Aussparungen zur Aufnahme eines stiftförmigen Einsatzteils mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgearbeitet sind, wobei sich die stiftförmigen Einsatzteile durch die bogenförmigen Ausnehmungen erstrecken und mit ihrem bogenförmigen Umfangsabschnitt die radial innere Kugellaufbahn der Kugelumlenkkanäle begrenzen. Dadurch wird die Herstellung der Kugelumlenkkanäle in den Anbauplatten wesentlich vereinfacht, denn die bogenförmigen Ausnehmungen mit den beidseitig anschließenden Aussparungen für die Einsatzteile können verhältnismäßig einfach ausgefräst werden. Die radial innere Kugellaufbahn der Kugelumlenkkanäle wird vorteilhaft durch den bogenförmigen Umfangsabschnitt der stiftförmigen Einsatzteile begrenzt, die beim Anschrauben und Verstiften der Anbauteile automatisch in ihre richtige Position gebracht werden.

Nach noch einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Anbauplatten mit den Kugelumlenkkanälen aus Kunststoff. Solche Kunststoff-Anbauplatten können einfach und relativ preiswert im Spritzverfahren hergestellt werden. Kunststoff kann als Material für die Anbauplatten ohne weiteres deshalb verwendet werden, da diese Teile durch die umlaufenden Wälzlagerkugeln praktisch nicht belastet werden.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des Führungswagens auf der Führungsschiene des Führungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht des Führungswagens ohne Führungsschiene;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Führungswagens mit Führungsschiene, teilweise aufgeschnitten;

Fig. 4 eine Anbauplatte, welche die Kugelumlenkkanäle für zwei Sätze von umlaufenden Wälzlagerkugeln enthält;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 4, wobei im auseinandergezogenen Zustand die stiftförmigen Einsatzteile für die Anbauplatte, jeweils in einer Stirn- und Seitenansicht gezeigt sind und

Fig. 6 eine Draufsicht eines umgekehrten S-förmigen Abschnitts der Führungsschiene mit Führungswagen.

Das in den Fig. 1, 3 und 6 gezeigte Führungssystem umfaßt einen Führungswagen 10 sowie eine Führungsschiene 11 für diesen. Der Führungswagen 10 weist eine Aufnahmeplatte 12 für das jeweilige Werkzeug bzw. den Industrieroboter (nicht gezeigt) auf. Die Aufnahmeplatte 12 enthält zu diesem Zweck zahlreiche Gewindebohrungen 13, und falls nötig, Stiftbohrungen, in welche entsprechende Befestigungsschrauben und Stifte für die vorgenannten Systeme eingedreht werden können. Von den gegenüberliegenden Längsrändern des Führungswagens 10 erstrecken sich Schenkel 14 nach unten sowie gegeneinander, in welchen beispielsweise jeweils zwei Sätze umlaufender Wälzlagerkugeln 15 bzw. 15′ übereinander angeordnet sind. Die Wälzlagerkugeln 15 des oberen Satzes und die -kugeln 15′ des unteren Satzes rollen bei fahrendem Führungswagen 10 in äußeren Kugellaufkanälen 16 bzw. 16′ und inneren Kugelrücklaufkanälen 17 bzw. 17′ sowie in Kugelumlenkkanälen 18, 18′, welche die äußeren Kugellaufkanäle 16, 16′ mit den inneren Kugelrücklaufkanälen 17, 17′ in den Schenkeln 14 des Führungswagens 10 verbinden. An dieser Stelle sei bemerkt, daß die beiden Schenkel 14 beim Ausführungsbeispiel einstückig mit der Aufnahmeplatte 12 verbunden, jedoch kürzer als diese sind. Dadurch hat die Aufnahmeplatte 12 zwei auskragende Teile 19, deren Zweck noch erläutert wird.

Die Kugelumlenkkanäle 18 bzw. 18′ sind in Anbauplatten 20 vorgesehen, die beispielsweise auch aus Kunststoff bestehen können. Diese Anbauplatten 20 sind mittels Schrauben 21 und jeweils zwei Stifte 22 an den beiden Stirnenden der Schenkel 14 des Führungswagens 10 befestigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Anbauplatten 20 ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Demzufolge enthält jede Anbauplatte 20 zwei übereinander angeordnete bogenförmige Ausnehmungen 23, 23′, welche zusammen mit zwei stiftförmigen Einsatzteilen 24 die Kugelumlenkkanäle 18 bzw. 18′ begrenzen. Die stiftförmigen Einsatzteile 24 weisen zu diesem Zweck einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und sie sitzen bei befestigten Anbauplatten 20 passend in entsprechenden Aussparungen 25, die an beiden Seiten jeder Ausnehmung 23, 23′ ausgebildet sind. Im eingebauten Zustand erstrecken sich die Einsatzteile 24 daher quer durch die bogenförmigen Ausnehmungen 23, 23′, wobei sie mit ihrem bogenförmigen Umfangsabschnitt 26 die radial innere Kugellaufbahn der Kugelumlenkkanäle 18, 18′ begrenzen. Da die Anbauplatten 20 beim Umlauf der Wälzlagerkugeln 15, 15′ praktisch kaum belastet werden, können auch die Einsatzteile 24 aus Kunststoff bestehen. Bei der in Fig. 4 gezeigten Anbauplatte 20 sind ferner die zwei Bohrungen 27 für die Stifte 22 sowie die Bohrung 28 für die Befestigungsschraube 21 gezeigt.

Die äußeren Kugellaufkanäle 16, 16′ sind seitlich nach innen durch Anbauteile 29 begrenzt, welche mittels Schrauben 30 an den Schenkeln 14 des Führungswagens 10 angeschraubt sind. Bei diesen Anbauteilen 29 handelt es sich um gehärtete Stahlteile, die gleichwohl einem Verschleiß unterworfen und daher auswechselbar angeordnet sind.

Die Kugellaufbahnen an den Schenkeln 14 im Bereich der äußeren Kugellaufkanäle 16, 16′ sind in üblicher Weise gehärtet. In Abweichung vom Ausführungsbeispiel können z.B. die äußeren Kugellaufkanäle 16, 16′ auch komplett in Anbauteilen ausgearbeitet sein, die an den Schenkeln 14 als Auswechselteile anschraubbar sind.

An den zwei auskragenden Teilen 19 der Aufnahmeplatte 12 ist jeweils nahe der Stirnseite der Aufnahmeplatte 12 ein zweiarmiger Lenkhebel 31 mittels eines Bolzens 32 und eines Wälzlagers 33 in einer horizontalen Ebene schwenkbar gelagert. An jedem Arm des Lenkhebels 31 ist mittels eines Lagerbolzens 35 eine Führungsrolle 34 drehbeweglich gelagert, die z. B. aus dem äußeren Laufring eines Wälzlagers oder aus einem kompletten Wälzlager bestehen kann.

Die Führungsschiene 11 für den Führungswagen 10 hat einen Querschnitt in der Form eines Doppel-T-Trägers. In die durch den Längssteg 36 getrennten Räume 37 der Führungsschiene 11 erstrecken sich mit seitlichem Spiel die Teile der Schenkel 14, in welchen die Wälzlagerkugeln 15, 15′ enthalten sind. Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Anordnung beim Ausführungsbeispiel so getroffen ist, daß die Wälzlagerkugeln 15 bzw. 15′ des oberen und unteren Satzes an den horizontalen Innenseiten 38 der beiden Flansche 39 der Führungsschiene 11 abrollen. Diese horizontalen Innenseiten 38 sind vorteilhaft ebenflächig und können einfach bearbeitet und gehärtet werden.

Die Führungsrollen 34 an den zwei Lenkhebeln 31 führen sich beim Ausführungsbeispiel an den gegenüberliegenden vertikalen Außenrändern 40 des oberen Flansches 39 der Führungsschiene 11. Diese vertikalen Außenränder 40 können gleichfalls relativ einfach bearbeitet und gehärtet werden.

Fig. 6 läßt erkennen, daß die Führungsschiene 11 nicht nur geradlinige Abschnitte, sondern auch bogenförmige und in entgegengesetzte Richtungen verlaufende Abschnitte aufweisen kann. Durch die beiden Lenkhebel 31 geführt kann nämlich der Führungswagen 10 exakt auch kurvenförmige Bahnen mit Rechts- und Linkskurven fahren, und zwar in beiden Richtungen. Dabei steht den beiden Schenkeln 14 des Führungswagens 10 in den Räumen 37 der Führungsschiene 11 ein ausreichender seitlicher Spielraum zur Verfügung.

Der Antrieb des Führungswagens 10 erfolgt beim Ausführungsbeispiel durch eine motorisch angetriebene Kette 41, welche sich in einer Gleitschiene 42 bewegt, die im vorbestimmten seitlichen Abstand dem Lauf der Führungsschiene 11 folgt. Am Führungswagen 10 ist ein seitlicher Vorsprung 43 befestigt, der an seiner Unterseite queraxial ein Langloch 44 enthält. In das Langloch 44 greift passend ein als Mitnehmer wirkender verlängerter Niet 45 der Kette 41 ein.

Anstelle durch Kettenantrieb kann der Führungswagen 10 auch durch einen Riemen bewegt werden, der in einer entsprechenden Gleitschiene läuft, die in seitlichem Abstand dem Lauf der Führungsschiene 11 folgt.

Wenn der Führungswagen 10 größere Lasten zu tragen hat und entsprechend größere Abmessungen aufweist, ist es auch möglich, mehr als zwei übereinander angeordnete Sätze von Wälzlagerkugeln 15, 15′ in jedem Schenkel 14 des Führungswagens 10 nebeneinander einzubauen.

Claims

1. Führungssystem für Werkzeugmaschinen, Industrieroboter oder dergleichen, mit einem Führungswagen, der über mehrere Sätze von umlaufenden Wälzlagerkugeln auf einer profilierten Führungsschiene gehalten und abrollbar ist sowie eine Aufnahmeplatte für das jeweilige Werkzeug bzw. den Industrieroboter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Führungsschiene (11) einen Querschnitt in der Form eines Doppel-T-Trägers aufweist;
b) der Führungswagen (10) an seiner Aufnahmeplatte (12) mit zwei sich nach unten und mit seitlichem Spiel in die durch den Längssteg (36) getrennten Räume (37) der Führungsschiene (11) erstreckenden Schenkeln (14) versehen ist, in welchen wenigstens je zwei Sätze der umlaufenden Wälzlagerkugeln (15) so übereinander eingebaut sind, daß die Wälzlagerkugeln (15) an horizontalen Seiten (38) der beiden Flansche (39) der Führungsschiene (11) abrollen und
c) der Führungswagen (10) wenigstens zwei in Richtung seiner Längsachse distanziert und in einer horizontalen Ebene schwenkbar angeordnete Paare von Führungsrollen (34) enthält, wobei sich die Führungsrollen (34) eines jeden Paares an den gegenüberliegenden vertikalen Außenrändern (40) von wenigstens einem der Flansche (39) der Führungsschiene (11) führen.

2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Führungsrollen (34) an zweiarmigen Lenkhebeln (31) gelagert sind, die an der Aufnahmeplatte (12) des Führungswagens (10) schwenkbar gelagert sind.

3. Führungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswagen (10) mit zwei Lenkhebeln (31) versehen ist, die an auskragenden Teilen (19) der Aufnahmeplatte (12) jeweils nahe deren Stirnsseiten auf der Längsachse des Führungswagens (10) gelagert sind.

4. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die äußeren Kugellaufkanäle (16) für die umlaufenden Wälzlagerkugeln (15) seitlich wenigstens nach innen durch an den Schenkeln (14) des Führungswagens (10) angeschraubte Anbauteile (29) begrenzt sind.

5. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der die äußeren Kugellaufkanäle (16) mit den inneren Kugelrücklaufkanälen (17) in den Schenkeln (14) des Führungswagens (10) verbindenden Kugelumlenkkanäle (18) in Anbauplatten (20) bogenförmige Ausnehmungen (23), jeweils mit beidseitig anschließenden Aussparungen (25) zur Aufnahme eines stiftförmigen Einsatzteils (24) mit halbkreisförmigem Querschnitt ausgearbeitet sind, wobei sich die stiftförmigen Einsatzteile (24) durch die bogenförmigen Ausnehmungen (23) erstrecken und mit ihrem bogenförmigen Umfangsabschnitt (26) die radial innere Kugellaufbahn der Kugelumlenkkanäle (18) begrenzen.

6. Führungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbauplatten (20) mit den Kugelumlenkkanälen (18) aus Kunststoff bestehen.